(57)【要約】【課題】ヒ−トポンプ回路の起動時に、その冷凍サイクルにおいて圧力差を確保し、スクロール圧縮機の運転が不安定になり転覆状態になる時間を最短することでスクロール圧縮機の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができるヒートポンプ装置を提供すること。【解決手段】ヒートポンプ給湯機であって、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路の蒸発器能力を変化させる送風装置を具備し、前記圧縮機の起動時から所定時間後に前記送風装置を起動する。【選択図】図３
2005147545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路の蒸発器能力を変化させる送風装置を具備し、前記圧縮機の起動時から所定時間後に前記送風装置を起動することを特徴とするヒートポンプ給湯機。
【請求項２】
減圧装置出口から圧縮機までの低圧側に圧力検出手段を具備し、前記圧力検出手段での検出値が所定値となった時に送風装置を起動することを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項３】
外気温度を検出する外気温度検出手段を具備し、外気温度が所定値以上の場合には圧力検出手段による起動をしないことを特徴とする請求項２に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項４】
送風装置の回転数を段階的に上昇させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項５】
ヒートポンプ回路は、高圧側の冷媒圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒートポンプ給湯機。
【請求項６】
ヒートポンプ回路に使用する冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項５記載のヒートポンプ給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、膨張弁、及び蒸発器を冷媒配管で接続したヒートポンプ回路を備えた給湯機に関するもので、特に圧縮機起動時の冷凍サイクル安定化技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から能力可変の圧縮機を用いたヒートポンプサイクルを用いた給湯機が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
能力可変圧縮機としては図６に示すようなスクロール圧縮機が用いられる。図６は代表的なスクロール圧縮機の断面図で、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロール１０１および旋回スクロール１０２を噛み合わせて双方間に圧縮室１０３を形成し、旋回スクロール１０２を自転拘束機構１０４による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき圧縮室１０３が容積を変えながら移動することで冷媒の吸入、圧縮、吐出を行う。旋回スクロール１０２とこれの背面側をバックアップする固定部材１０５との間に、旋回スクロール１０２の背面の中央部に潤滑用のオイルにより高圧を与える高圧部１０６が設けられ、この高圧部１０６との間をシールリング１０７によって仕切られ前記背面の外周部に前記高圧部１０６よりも低い所定の圧力（背圧）を印加する背圧室１０８を設け、これらの高圧と背圧により、旋回スクロール１０２を固定スクロール部品１０１に押しつけることで、旋回スクロール１０２が固定スクロール部品１０１から離れて転覆するようなことがないようにしている（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−２４７７５９号公報
【特許文献２】特開２００２−２６６７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記のようなスクロール圧縮機を用いた冷凍サイクルにおいては、高圧冷媒圧力が低く、低圧冷媒圧力が高い時、即ち圧縮比が低い運転状態の場合には、旋廻スクロールを固定スクロースに押し付ける力より、圧縮室で圧縮された高圧冷媒圧力の力が大きくなり、旋廻スクロールが固定スクロールから離れてしまい、高圧の圧縮室内の冷媒が低圧の圧縮室へ漏洩してしまう、いわゆる転覆が起こり、十分な圧縮ができず、冷凍サイクルに流れる冷媒循環量が低下し、その結果、冷凍能力も低下するという課題がある。
【０００５】
また、低圧縮比での転覆を抑えるために、旋回スクロールの背面に働く押し付け力を大きくすると、高圧縮比の運転条件において、旋回スクロールに過大な押し付け力が発生し、異常磨耗を引き起こすことがあるため、旋回スクロールの背面に働く押し付け力をあまり大きくできないという課題があった。
【０００６】
特に、ヒ−トポンプの運転起動時は、スクロール圧縮機の起動に合わせ送風機を起動すると蒸発器の圧力が高くなり、冷凍サイクルの圧力差が小さくなるため、圧力差が確保できるまでスクロール圧縮機の運転が不安定になり、転覆状態になりスクロール圧縮機の信頼性を低下させたり冷媒配管が大きく振動して、異常な騒音を発生するという課題を有していた。
【０００７】
本発明は、ヒ−トポンプ装置の起動時にヒ−トポンプ装置内の冷凍サイクルにおいて圧力差を確保し、スクロール圧縮機の運転が不安定になり転覆状態なる時間を最短にすることでスクロール圧縮機の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができ
るヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明は、圧縮機の起動から所定時間経過してから蒸発器の送風装置を起動することを特徴とし、ヒ−トポンプの蒸発器の圧力が高くなるのを防ぎ冷凍サイクルにおいて圧力差を確保して運転できるため、スクロール圧縮機の運転が不安定になり転覆状態なる時間を最短にすることでスクロール圧縮機の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ヒ−トポンプ装置の起動時にヒ−トポンプ装置内の冷凍サイクルにおいて圧力差を確保し、スクロール圧縮機の運転が不安定になり転覆状態になる時間を最短することでスクロール圧縮機の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、圧縮機、給湯用熱交換器、減圧装置、蒸発器を冷媒配管によって環状に接続して構成されるヒートポンプ回路と、前記ヒートポンプ回路の蒸発器能力を変化させる送風装置を具備し、前記圧縮機の起動時から所定時間後に前記送風装置を起動するものであり、ヒ−トポンプの蒸発器の圧力が高くなるのを防ぎ冷凍サイクルにおいて圧力差を確保して運転できるため、スクロール圧縮機の運転が不安定になり転覆状態なる時間を最短にすることでスクロール圧縮機の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００１１】
第２の発明は、減圧装置出口から圧縮機までの低圧側に圧力検出手段を具備し、前記圧力検出手段での検出値が所定値となった時に送風装置を起動するようにしたもので、スクロール圧縮機が転覆状態から復帰するまで低圧を下げた状態で送風装置を起動するため、より確実にスクロール圧縮機の運転が不安定になり転覆状態なる時間を最短にすることができスクロール圧縮機の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００１２】
第３の発明は、外気温度を検出する外気温度検出手段を具備し、外気温度が所定値以上の場合には圧力検出手段による起動をしないようにして、所定時間後に起動するようにしたもので、送風装置起動によりヒートポンプ装置内の蒸発器の圧力が急上昇しやすい外気温度が高い場合に十分低圧を下げてから送風装置を起動するため送風装置起動によりスクロール圧縮機が再度転覆状態なるのを防ぐことができスクロール圧縮機の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００１３】
第４の発明は、送風装置の回転数を段階的に上昇させるものであり、送風装置を起動した後、ヒートポンプの蒸発器の圧力を急上昇させず段階的に上げることができるため送風装置起動によりスクロール圧縮機が圧縮比がとれず再度転覆状態なるのをより確実に防ぐことができスクロール圧縮機の信頼性を信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００１４】
第５の発明は、ヒートポンプ回路を冷媒の圧力が臨界圧力以上となる超臨界ヒートポンプサイクルとしたもので、給湯の水または空気を加熱することにより、給湯用熱交換器内の冷媒は臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器の水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。従って、給湯用熱交換器の全域で冷媒と水との間の温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高くできる。
【００１５】
第６の発明は、使用する冷媒を二酸化炭素としたもので、比較的安価でかつ安定な二酸化炭素を冷媒に使用することにより、製品コストを抑えるとともに、信頼性を向上させることができる。また、二酸化炭素はオゾン破壊係数がゼロであり、地球温暖化係数も代替冷媒ＨＦＣ−４０７Ｃの約１７００分の１と非常に小さいため、地球環境に優しい製品を提供できる。
【００１６】
以下、本発明の実施形態におけるヒートポンプ給湯機について図面を用いて説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図を示したものである。また、図２は本実施形態におけるヒートポンプ装置の運転動作のモリエル線図であり通常時とスクロール圧縮機の転覆時を示してある。ヒートポンプ回路は、スクロール圧縮機１、給湯用熱交換器２、減圧装置３、蒸発器４を冷媒配管５で接続し冷媒を循環させている。そしてヒートポンプ回路の蒸発器能力を変化させる送風装置９が取り付けられている。このヒートポンプ回路では、二酸化炭素を冷媒として用い、高圧側では臨界圧を越える状態で運転することが好ましい。
【００１８】
また貯湯回路は、貯湯槽６、吸熱器２を水配管８で接続しポンプ７より水を循環させている。給湯用熱交換器２は、ヒートポンプ装置では放熱器、貯湯装置では吸熱器の熱交換器として利用している。ヒートポンプ装置の放熱器２の冷媒と貯湯装置の吸熱器２の水にて熱交換する水冷媒熱交換器である。この吸熱した水は温水になり、貯湯槽６に貯めて利用している。
【００１９】
スクロール圧縮機１は、吸引した冷媒を圧縮して吐出し、吐出された高温高圧の冷媒は、貯湯槽６内から供給された液体（水）と給湯用熱交換器２を介して熱交換される。給湯用熱交換器２を流れる冷媒（二酸化炭素）はスクロール圧縮機１によって加圧されている為、給湯用熱交換器２を通過する液体に放熱して温度低下しても凝縮（冷媒２相域）することはない。減圧装置３は、給湯用熱交換器２から流出する冷媒（二酸化炭素）を減圧する装置のことで、弁開度を電気的に制御する電磁式膨張弁である。冷媒（二酸化炭素）は、この減圧装置３によって冷媒２相域となるまで減圧されたのち、蒸発器４によって吸熱冷媒が蒸発気化した後、再びスクロール圧縮機１に吸引される。
【００２０】
しかし、蒸発器４側の負荷が大きい、つまり外気温高い場合やスクロール圧縮機１の起動時などは図２に示すように冷凍サイクルの圧力差がとれなくなり、スクロール圧縮機１の運転、冷凍サイクルが不安定になり、スクロール圧縮機１が転覆状態になる。さらに、スクロール圧縮機１や冷媒配管５が大きく振動して、異常な騒音を発生する。特に運転開始時（起動時）は、冷凍サイクルが不安定（転覆状態）になりやすい。
【００２１】
図３は送風装置とヒートポンプ回路の冷凍サイクル高低圧のタイムチャートである。送風装置９の回転数は、運転周波数により一律に決められており、従来の制御においては図３の１点鎖線で示すように起動時もスクロール圧縮機の起動と同時に指示運転周波数から決定される目標回転数になるため、起動時は蒸発器４の圧力が大きくなり、差圧が取れなくなりスクロール圧縮機１が転覆したまま起動し転覆が回復する程度まで冷凍サイクルの高低圧差が取れるのに時間がかかってしまう。
【００２２】
このような課題を解決する為に、本発明における制御では、ヒ−トポンプ回路が起動時、すなわちスクロール圧縮機１の起動後に送風装置９を所定時間（Ｔ）停止してから起動するため、蒸発器４の圧力（低圧）の下がりが早く短時間で冷凍サイクルの高低圧差を確保できスクロール圧縮機１の運転が不安定になり転覆状態になる時間を最短にすることがで、スクロール圧縮機１の信頼性を確保したり冷媒配管５の騒音、振動を防止することが
できる。
【００２３】
（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施形態におけるヒートポンプ装置起動時の送風装置と冷凍サイクル高低圧のタイムチャートである。本形態では、圧力検出手段１０を具備し、図４に示すようにスクロール圧縮機１起動後、圧力検出手段１０が所定圧力Ｐ以下になるまで送風装置９を停止してから送風装置９を起動するというものであり、スクロール圧縮機１が転覆状態から確実に復帰するよう所定圧力Ｐを設定することで十分低圧を下げた状態で送風装置を起動するため、より確実にスクロール圧縮機の運転が不安定になり転覆状態なる時間を最短にすることができスクロール圧縮機の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００２４】
（実施の形態３）
本実施形態は、外気温度を検出する外気温度検出手段１１を具備し、外気温度が所定の温度以上の場合にはスクロール圧縮機１起動後、圧力検出手段１０が所定圧力Ｐ以下になっても送風装置９を所定時間（Ｔ）停止してから送風装置９を起動するというものであり、送風装置９起動によりヒートポンプ装置内の蒸発器４の圧力が急上昇しやすい外気温度が高い場合にもスクロール圧縮機１が再度転覆状態ならないように十分に低圧を下げてから送風装置９を起動するため送風装置９の起動によりスクロール圧縮機１が再度転覆状態なるのを確実に防ぐことができスクロール圧縮機１の信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００２５】
（実施の形態４）
図５は本実施形態におけるヒートポンプ回路起動時の送風装置のタイムチャートである。図５に示すように送風装置９の風量を所定時間Ｔ１ごとに所定値Ｎ回転（ｒｐｍ）だけ段階的にＵＰするというものであり、送風装置９の風量を一気にではなく段階的にＵＰするため目標回転数が大きい場合にも送風装置９を起動した後、ヒートポンプ装置内の蒸発器４の圧力を急上昇させず段階的に上げることができるため送風装置９起動によりスクロール圧縮機１の圧縮比がとれず再度転覆状態なるのをより確実に防ぐことができスクロール圧縮機１の信頼性を信頼性を確保したり冷媒配管の騒音、振動を防止することができる。
【００２６】
なお、上記の各実施形態では、貯湯タンクを有する場合で説明したが、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する、瞬間湯沸かし式のヒートポンプ給湯装置であってもよい。なお、貯湯槽６内の液体は、給湯用に用いるだけではなく、床暖房用、室内空調用としても使用して良い。更に、スクロール圧縮機１の冷媒吸込側に冷媒を貯留するアキュムレータが設置されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明は、冷媒として高圧側で凝縮する冷媒だけでなく、超臨界状態となりうる冷媒（例えば、Ｒ３２、二酸化炭素、エタン、エチレン、酸化窒素およびそれらを含む混合冷媒など）を用いた給湯装置（給湯器）、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯する瞬間湯沸かしを行う給湯装置（給湯器）、空調機、車両用空調機（カーエアコン）等の用途でも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態１におけるヒートポンプ給湯機の構成図
【図２】同ヒートポンプ給湯機におけるヒートポンプ回路の運転動作のモリエル線図
【図３】同ヒートポンプ回路の送風装置と冷凍サイクル高低圧のタイムチャート
【図４】本発明の実施形態２におけるヒートポンプ給湯機のヒートポンプ回路の送風装置と冷凍サイクル高低圧のタイムチャート
【図５】本発明の実施形態４におけるヒートポンプ給湯機のヒートポンプ回路の送風装置と冷凍サイクル高低圧のタイムチャート
【図６】スクロール圧縮機の断面図
【符号の説明】
【００２９】
１０１  スクロール圧縮機
１０２  給湯用熱交換器
１０４  蒸発器
１０９  送風装置
１１０  圧力検出手段（センサ）
１１１  外気温度検出手段（センサ）
【図１】
2005147545.tif 000003
【図２】
2005147545.tif 000004
【図３】
2005147545.tif 000005
【図４】
2005147545.tif 000006
【図５】
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【図６】
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